3.2 热力学第一定律+ 同步练习 Word版含解析

（十五） 热力学第一定律
1．关于物体的内能及其变化，以下说法正确的是(　　)
A．物体的温度改变时，其内能必定改变
B．物体对外做功，其内能不一定改变，向物体传递热量，其内能也不一定改变
C．物体对外做功，其内能必定改变，物体向外传出一定热量，其内能必定改变
D．若物体与外界不发生热交换，则物体的内能必定不改变
解析：选B　温度变化物体的分子动能变化，但内能可能不变，A错；改变内能有两种方式：做功和热传递，由热力学第一定律可知B正确，C、D错。
2．[多选](2016·全国卷Ⅲ)关于气体的内能，下列说法正确的是(　　)
A．质量和温度都相同的气体，内能一定相同
B．气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大
C．气体被压缩时，内能可能不变
D．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关
E．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加
解析：选CDE　气体的内能由物质的量、温度和体积决定，质量和温度都相同的气体，内能可能不同，A错误。内能与物体的运动速度无关，B错误。气体被压缩时，同时对外传热，根据热力学第一定律知内能可能不变，C正确。一定量的某种理想气体的内能只与温度有关，D正确。根据理想气体状态方程，一定量的某种理想气体在压强不变的情况下，体积变大，则温度一定升高，内能一定增加，E正确。
3.[多选]如图，一绝热容器被隔板K隔成a、b两部分。已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空，抽开隔板K后a内气体进入b，最终达到平衡状态。在此过程中(　　)
A．气体对外界做功，内能减少
B．气体不做功，内能不变
C．气体压强变小，温度降低
D．气体压强变小，温度不变
解析：选BD　绝热容器的稀薄气体与外界没有热传递，Q＝0，稀薄气体向真空扩散没有做功，W＝0。根据热力学第一定律稀薄气体的内能不变，则温度不变，A、C错误，B正确。稀薄气体扩散体积增大，压强必然减小，D正确。
4.如图是密闭的气缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，缸内气体的(　　)
A．温度升高，内能增加600 J
B．温度升高，内能减少200 J
C．温度降低，内能增加600 J
D．温度降低，内能减少200 J
解析：选A　由热力学第一定律，ΔU＝Q＋W＝－200 J＋800 J＝600 J，内能增加600 J，则温度一定升高，A正确。
5.如图所示，某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中。设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间的相互作用，则被淹没的金属筒在缓慢下降的过程中，筒内空气的体积减小并且(　　)
A．从外界吸热 B．内能增大
C．向外界放热 D．内能减小
解析：选C　筒缓慢下降过程是等温过程，气体体积减小，外界对气体做正功，W为正，又因为不计气体分子间的相互作用，气体内能仅由温度决定，温度不变，ΔU＝0，由热力学第一定律W＋Q＝ΔU，知Q＝ΔU－W，因此，Q为负值，即向外界放热。故C正确。
6．密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气(不计分子势能)(　　)
A．内能增大，放出热量
B．内能减小，吸收热量
C．内能增大，对外界做功
D．内能减小，外界对其做功
解析：选D　不计分子势能时瓶内空气的内能只与其温度有关，温度降低时其内能减小。塑料瓶变扁时瓶内空气体积减小，外界对其做功。再由热力学第一定律知此过程中瓶内空气要放出热量，故只有D正确。
7．给旱区送水的消防车停于水平面，在缓缓放水的过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子势能，则胎内气体(　　)
A．从外界吸热 B．对外界做负功
C．分子平均动能减少 D．内能增加
解析：选A　胎内气体经历了一个温度不变，压强减小，体积增大的过程。不计分子势能，温度不变，分子平均动能和内能不变。体积增大气体对外界做正功。根据热力学第一定律知气体一定从外界吸热，A正确。
8．[多选]如图，水平放置的密封气缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分，隔板可在气缸内无摩擦滑动，右侧气体内有一电热丝。气缸壁和隔板均绝热。初始时隔板静止，左右两边气体温度相等。现给电热丝提供一微弱电流，通电一段时间后切断电源。当缸内气体再次达到平衡时，与初始状态相比(　　)
A．右边气体温度升高，左边气体温度不变
B．左右两边气体温度都升高
C．左边气体压强增大
D．右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量
解析：选BC　当电热丝通电后，右边的气体温度升高气体膨胀，将隔板向左推，对左边的气体做功，根据热力学第一定律，内能增加，气体的温度升高。根据气体定律左边的气体压强增大，A错误，B、C正确；右边气体内能的增加值为电热丝发出的热量减去对左边的气体所做的功，D错。
9．[多选](2017·江苏高考)一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C，其V-T图像如图所示。下列说法正确的有(　　)
A．A→B的过程中，气体对外界做功
B．A→B的过程中，气体放出热量
C．B→C的过程中，气体压强不变
D．A→B→C的过程中，气体内能增加
解析：选BC　由题图可知，从A到B气体的体积减小，外界对气体做功，A项错误；从A到B过程气体的温度不变，内能不变，根据热力学第一定律可知，气体放出热量，B项正确；从B到C过程中是一个常数，气体发生的是等压变化，气体的温度降低，内能减少，C项正确，D项错误。
10.[多选]如图所示，密闭气缸左侧导热，其余部分绝热性能良好，绝热轻活塞K把气缸分隔成体积相等的两部分，K与气缸壁的接触是光滑的，两部分中分别充有相同质量、相同温度的同种气体a和b，气体分子之间相互作用势能可忽略，当外界环境温度缓慢降低到某一值后，a、b各自达到新的平衡(　　)
A．a的体积减小了，压强降低了
B．b的温度降低了
C．散失热量后a的分子热运动比b的分子热运动激烈
D．a减少的内能小于b减少的内能
解析：选AB　由于左侧导热，导致a部分内能减小，对挡板K的分子作用力变小，挡板向左运动，a的体积减小了；同时，b部分气体膨胀，压强变小，此时a、b两部分压强相同，A正确。b部分气体膨胀，对外做功，内能减小，温度降低，B正确。挡板受力平衡，a体积小，单位时间内碰撞挡板的分子数多，a部分单个分子的平均动能小于b部分的，就是说散失热量后a的分子热运动没有b的分子热运动激烈，C错。同理，温度是气体分子平均动能的标志，a的内能小于b的内能，D错。
11．若对物体做1 200 J的功，可使物体温度升高3 ℃，改用热传递的方式，使物体温度同样升高3 ℃，那么物体应吸收多少热量？如果对该物体做3 000 J的功，物体的温度升高5 ℃，表明该过程中，物体应吸收或放出多少热量？
解析：做功和热传递在改变物体内能上是等效的，因此物体用做功方式温度升高3 ℃，如用吸热方式，也使温度升高3℃应吸收1 200 J的热量。
由题意知：1 200 J＝cm×3，
物体温度升高5℃时增加的内能
ΔU＝cm×5＝×5 J＝2 000 J，
由热力学第一定律有：
Q＝ΔU－W＝(2 000－3 000) J＝－1 000 J，
因此，物体放出1 000 J的热量。
答案：1 200 J　放出1 000 J的热量
12．爆米花酥脆可口、老少皆宜，是许多人喜爱的休闲零食，如图为高压爆米花的装置原理图，玉米在铁质的密闭容器内被加热，迅速打开容器盖后，玉米粒就“爆炸”成了爆米花。设当地温度为t1＝27℃，大气压为p0，已知密闭容器打开前的气体压强达到4p0。试分析：
(1)容器内的气体看作理想气体，求容器内气体的温度？
(2)假定在一次打开的过程中，容器内气体膨胀对外界做功15 kJ，并向外释放了20 kJ的热量，容器内原有气体的内能如何变化？变化了多少？
解析：(1)根据查理定律：＝
p1＝p0，T1＝300 K，p2＝4p0。
解得：T2＝1 200 K，t2＝927℃。
(2)由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，
得ΔU＝(－20)＋(－15) kJ＝－35 kJ，
故内能减少35 kJ。
答案：(1)927℃　(2)内能减少35 kJ